WO2015067418A1 - Antriebsstrang für ein kraftfahrzeug - Google Patents

Antriebsstrang für ein kraftfahrzeug Download PDF

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Bernard Hunold
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Zf Friedrichshafen Ag
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    • B60K17/06—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles characterised by arrangement, location, or kind of gearing of change-speed gearing
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/10—Road Vehicles
    • B60Y2200/14—Trucks; Load vehicles, Busses
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H37/00—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00
    • F16H37/02—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings
    • F16H37/04—Combinations of toothed gearings only
    • F16H2037/049—Forward-reverse units with forward and reverse gears for achieving multiple forward and reverse gears, e.g. for working machines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16H—GEARING
    • F16H2200/00—Transmissions for multiple ratios
    • F16H2200/003—Transmissions for multiple ratios characterised by the number of forward speeds
    • F16H2200/0078—Transmissions for multiple ratios characterised by the number of forward speeds the gear ratio comprising twelve or more forward speeds

Definitions

  • the present invention relates to a drive train for a motor vehicle and a method for operating a drive train according to the invention according to the preamble of patent claim 1 and of patent claim 10.
  • Translation range in terms of speed and torque from and allows reversing by reversing the direction of rotation.
  • Torques of the lowest gears withstand and fall from the weight of very difficult, which has an even stronger impact in the trend to smaller axle ratios. Likewise, this relies, especially in the lower gears, high drive torque on the gearbox / motor unit in the vehicle frame. The movement of the gear / motor unit and the distortion of the frame causes minimizing the car rolling. Furthermore, the damper elements of the engine / transmission suspension must be made comfort-reducing very hard.
  • Motor vehicle in particular for a multi-purpose vehicle, known, which contains a plurality of mutually at least partially functionally dependent modules, which are at least partially arranged spatially separated. This should be a
  • Powertrain are generated, which offers optimum space utilization.
  • the powertrain should be adaptable to different driving and load conditions.
  • Object of the present invention is to propose a drive train, the drive train can be performed easily and the comfort reduction is minimized by rolling of the vehicle or a hard design of the damper elements of the engine / transmission suspension.
  • the main gear is usually flanged to the engine and is connected to a cardan shaft with a final drive.
  • the main transmission has only forward gears, whereby the main transmission can be built very easily and compactly and it requires no additional support on the vehicle frame.
  • the engine mounts can thus also carry the main transmission.
  • the propeller shaft has only one direction of rotation, which is a
  • the axle drive deflects the power from the engine or other components such as the main transmission to the drive axles and thus transmits a torque to the drive wheels of the vehicle.
  • the axle drive can have different types and assemblies or components.
  • the switching group is arranged according to the invention in the axle drive and can be designed for example as a range group.
  • the necessary reverse gears are generated via the shift group. This eliminates the usual today
  • Range group in the main gear which produces high ratios for the lower gears, and is shifted to the axle gear.
  • the translation of the range group is typically four to five. This factor also reduces the torque in the PTO shaft, resulting in a lighter version of the PTO shaft allows and at the same time also serves to further optimize the transmission suspension, as well as the Abstützmomente reduce in the transmission suspension by the same factor, which allows a much softer and thus more comfortable interpretation of the transmission suspension.
  • the switching group can be designed in the form of the range group as a planetary gear. Other embodiments are possible. Likewise, the switching group can be performed as another part of the main transmission, such as the split group.
  • the axle drive has at least one input transmission, which also includes the deflection of the longitudinally arranged propeller shaft to the transverse
  • Axle shafts realized, at least one differential and at least one switching group.
  • the input transmission can typically be designed as a conical toothing and also serves to adapt the overall transmission ratio to the vehicle.
  • Typical translations are between two and four. Again, due to the shifted range group, the torque is lower by a factor of four to five, allowing for easier and less costly execution of the input translation.
  • the differential undergoes an unchanged load, as it is provided after the switching group, which increases the torque again by a factor of four to five. Thus, no adjustments are necessary or possible here.
  • the switching group has at least three switching options, which is at least three usable
  • Gears corresponds to a direct gear, a slow gear and a
  • the planetary gear in direction of rotation reversal has a greater translation than in synchronism, as a slower reversing is possible.
  • the requirements for lubrication in the axle drive are characterized by the requirement for high load capacity, which can be optimally implemented by means of a separate oil budget.
  • the high moments and forces in the high ratio gears are preferably based on the shortest path directly on the axis. This minimizes the retroactive effect on the vehicle and reduces the system weight.
  • the powertrain has a control unit for controlling the transmission and clutch functions and connection to the vehicle management computer.
  • the actuators in the main transmission are preferably controlled directly and the actuators of the final drive are preferably directly or by means of CAN signal and
  • the powertrain is preferably used in automated transmissions. It can be used with both single and double clutch transmissions. Here are also various transmission embodiments for the
  • the powertrain has twelve forward gears and six reverse gears or sixteen forward gears and eight reverse gears.
  • Fig. 1 inventive drive train
  • Fig. 2 drive train of Fig. 1 with alternative main gear
  • Fig. 1 shows a drive train according to the invention with a motor 2, a main gear 4 and a final drive 6.
  • the main gear 4 is flanged to the engine 2.
  • the axle drive 6 has an input ratio 8, a switching group 10 and a differential 12.
  • the input transmission 8 is connected via a propeller shaft 14 to the main transmission 4.
  • a control unit 1 6 is attached, which controls the transmission and clutch functions and establishes the connection to the vehicle management computer.
  • the actuators in the main transmission 4 are controlled directly.
  • the actuator of the axle 6 can directly or for example by means of CAN signal and
  • the main transmission 4 is exemplified as a power shift transmission with six
  • the switching group 10 is designed as a planetary group that provides at least three gears.
  • the planetary group shown in Fig. 1 has a direct gear as overdrive, a slow gear and a
  • the usual 5 - 8 gears in the main gear make as many reverse gears.
  • the powertrain shown here has twelve forward gears and six reverse gears.
  • the switching group 10 shown by way of example in the form of a planetary group has a greater ratio when the reverse gear is engaged and the reversal of rotation associated therewith than in the forward gears. This is advantageous because it allows for slower reversing.
  • FIG. 2 shows an embodiment according to the invention analogous to FIG. 1, in which only an alternative main transmission 4 has been used. This shows that the described system is also applicable to single-clutch automated transmissions 20. The example shown here has eight eight in the main transmission
  • Switching group 10 a total of sixteen forward gears and eight reverse gears are available, the reverse gears are also formed only in the switching group 10 and the main gear 4 has no reverse gears.

Abstract

Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für Nutzfahrzeuge, mit mehreren Getriebebaugruppen, wie mindestens einem Hauptgetriebe (4), mindestens einem Achsgetriebe (6) und mindestens einer Schaltgruppe (10), die zumindest teilweise räumlich getrennt angeordnet sind, wobei die Schaltgruppe (10) im Achsgetriebe (6) angeordnet ist, wobei das Hauptgetriebe (4) lediglich Vorwärtsgänge aufweist.

Description

Antriebsstranq für ein Kraftfahrzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und des Patentanspruchs 10.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Anordnungen für
Antriebsstränge bekannt, die in der Regel aus einem Motor, einem angeflanschten Getriebe, zumeist mit mehreren Getriebegruppen, der Gelenkwelle, welche auch Kardanwelle genannt wird, und der Achse mit Achsübersetzung und Differential bestehen. Solch ein Getriebe deckt in der Regel den kompletten
Übersetzungsbereich hinsichtlich Drehzahl und Drehmoment ab und ermöglicht durch Drehrichtungsumkehr die Rückwärtsfahrt. Entsprechend muss unter anderem die Gelenkwelle die hohe Drehzahl der obersten Gänge und die hohen
Drehmomente der untersten Gänge aushalten und fällt vom Gewicht sehr schwer aus, was sich beim Trend zu kleineren Achsübersetzungen noch stärker auswirkt. Ebenso stützt sich das, besonders in den unteren Gängen, hohe Antriebsmoment an der Getriebe-/Motoreinheit im Fahrzeugrahmen ab. Die Bewegung der Getriebe- /Motoreinheit und die Verwindung des Rahmens verursacht komfortminimierend ein Wanken des Fahrzeuges. Weiterhin müssen die Dämpferelemente der Motor- /Getriebeaufhängung komfortmindernd sehr hart ausgeführt sein.
Es ist bereits bekannt, dass Getriebegruppen separat ausgeführt werden können und räumlich voneinander getrennt angeordnet sein können. Aus der Schrift DE 102 27 418 A1 der Anmelderin ist zum Beispiel ein Antriebsstrang für ein
Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Mehrzweckfahrzeug, bekannt, welcher mehrere voneinander zumindest teilweise funktionell abhängige Baugruppen enthält, die zumindest teilweise räumlich getrennt angeordnet sind. Dadurch soll ein
Antriebsstrang erzeugt werden, der eine optimale Bauraumausnutzung bietet. Zudem soll der Antriebsstrang an unterschiedlichen Fahr- und Belastungszustände anpassbar sein. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Antriebsstrang vorzuschlagen, wobei der Antriebsstrang leichter ausgeführt werden kann und die Komfortminderung durch Wanken des Fahrzeugs oder eine harte Ausführung der Dämpferelemente der Motor-/Getriebeaufhängung minimiert wird.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Antriebsstrang für Kraftfahrzeuge gemäß Patentanspruch 1 und ein Verfahren gemäß Patentanspruch 10.
Es wird ein Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für
Nutzfahrzeuge, vorgeschlagen, der mehrere Getriebebaugruppen aufweist, wie z.B. mindestens ein Hauptgetriebe, mindestens ein Achsgetriebe und mindestens eine Schaltgruppe, wobei die Getriebebaugruppen zumindest teilweise räumlich getrennt voneinander angeordnet sind. Das Hauptgetriebe ist in der Regel am Motor angeflanscht und ist mit einer Gelenkwelle mit einem Achsgetriebe verbunden. Das Hauptgetriebe weist lediglich Vorwärtsgänge auf, wodurch das Hauptgetriebe sehr leicht und kompakt gebaut werden kann und es keiner zusätzlichen Abstützung am Fahrzeugrahmen bedarf. Die Motorlager können damit auch das Hauptgetriebe tragen. Gleichzeitig besitzt die Gelenkwelle nur eine Drehrichtung, was eine
Optimierung der Getriebeaufhängung zulässt. Für das Hauptgetriebe kann eine geeignete Ölsorte verwendet werden, die die Schleppmomente reduziert und auch ggf. für eine nasse Lamellenkupplung geeignet ist. Das Achsgetriebe lenkt die Kraft vom Motor bzw. weiteren Bauteilen wie dem Hauptgetriebe auf die Antriebsachsen um und überträgt damit ein Drehmoment auf die Antriebsräder des Fahrzeugs. Das Achsgetriebe kann dabei verschiedene Bauformen und Baugruppen bzw. Bauteile aufweisen.
Die Schaltgruppe ist erfindungsgemäß im Achsgetriebe angeordnet und kann zum Beispiel als Bereichsgruppe ausgeführt sein. Die notwendigen Rückwärtsgänge werden über die Schaltgruppe erzeugt. Damit entfällt die heute übliche
Bereichsgruppe im Hauptgetriebe, die hohe Übersetzungen für die unteren Gänge erzeugt, und wird zum Achsgetriebe verlagert. Die Übersetzung der Bereichsgruppe beträgt typischerweise vier bis fünf. Um diesen Faktor reduziert sich damit auch das Drehmoment in der Gelenkwelle, was eine leichtere Ausführung der Gelenkwelle zulässt und gleichzeitig auch zur weiteren Optimierung der Getriebeaufhängung dient, da sich auch die Abstützmomente in der Getriebeaufhängung um den gleichen Faktor verringern, was eine deutlich weichere und damit komfortablere Auslegung der Getriebeaufhängung erlaubt. Die Schaltgruppe kann in Form der Bereichsgruppe als Planetengetriebe ausgeführt sein. Andere Ausführungsformen sind aber möglich. Ebenso kann die Schaltgruppe als ein weiterer Teil des Hauptgetriebes, wie zum Beispiel der Splitgruppe, ausgeführt werden.
Das Achsgetriebe besitzt mindestens eine Eingangsübersetzung, die auch die Umlenkung der längs angeordneten Gelenkwelle zu den quer angeordneten
Achswellen realisiert, mindestens ein Differential und mindestens eine Schaltgruppe. Die Eingangsübersetzung kann typischerweise als Kegelverzahnung ausgeführt sein und dient ebenfalls der Anpassung der Gesamtübersetzung am Fahrzeug. Typische Übersetzungen liegen zwischen zwei und vier. Auch hier ist das Moment aufgrund der verschobenen Bereichsgruppe um den Faktor vier bis fünf niedriger, was eine leichtere und kostengünstigere Ausführung der Eingangsübersetzung erlaubt. Das Differential erfährt eine unveränderte Belastung, da es nach der Schaltgruppe vorgesehen ist, welche das Moment wieder um den Faktor vier bis fünf erhöht. Damit sind hier keinerlei Anpassungen notwendig bzw. möglich. Die Schaltgruppe weist mindestens drei Schaltmöglichkeiten auf, was mindestens drei verwendbaren
Gängen entspricht, einen Direktgang, einen langsamen Gang und einen
Rückwärtsgang zur Drehrichtungsumkehr. Dabei ist es vorteilhaft, wenn bei
Ausführung der Schaltgruppe als Planetengetriebe, das Planetengetriebe bei Drehrichtungsumkehr eine größere Übersetzung aufweist als im Gleichlauf, da so ein langsameres Rückwärtsfahren ermöglicht wird.
Die Anforderungen an die Schmierung sind im Achsgetriebe geprägt von der Forderung nach hoher Tragfähigkeit, was durch einen getrennten Ölhaushalt optimal umsetzbar ist. Die hohen Momente und Kräfte in den Gängen hoher Übersetzung stützen sich bevorzugt auf kürzestem Weg direkt an der Achse ab. Damit ist die Rückwirkung auf das Fahrzeug minimiert und das Systemgewicht wird reduziert. Der Antriebsstrang weist ein Steuergerät zur Steuerung der Getriebe- und Kupplungsfunktionen und Verbindung mit dem Fahrzeugführungsrechner auf. Die Steller im Hauptgetriebe werden bevorzugt direkt angesteuert und die Steller des Achsgetriebes werden bevorzugt direkt oder auch mittels CAN-Signal und
zusätzlichem Signalumsetzer am Achsgetriebe angesteuert.
Der Antriebsstrang wird bevorzugt bei automatisierten Getrieben eingesetzt. Er kann sowohl bei Einfach- als auch bei Doppelkupplungsgetrieben zur Anwendung kommen. Dabei sind auch verschiedene Getriebeausführungsformen für das
Hauptgetriebe denkbar. Bevorzugt weist der Antriebsstrang zwölf Vorwärtsgänge und sechs Rückwärtsgänge oder sechzehn Vorwärtsgänge und acht Rückwärtsgänge auf.
Zur weiteren Verdeutlichung der Erfindung sind Figuren mit
Ausführungsbeispielen beigefügt.
Fig. 1 : Erfindungsgemäßer Antriebsstrang
Fig. 2: Antriebsstrang nach Fig. 1 mit alternativem Hauptgetriebe
Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Antriebsstrang mit einem Motor 2, einem Hauptgetriebe 4 und einem Achsgetriebe 6. Das Hauptgetriebe 4 ist dabei an den Motor 2 angeflanscht. Das Achsgetriebe 6 weist eine Eingangsübersetzung 8, eine Schaltgruppe 10 und ein Differential 12 auf. Die Eingangsübersetzung 8 ist dabei über eine Gelenkwelle 14 mit dem Hauptgetriebe 4 verbunden. Direkt oder indirekt am Hauptgetriebe ist ein Steuergerät 1 6 angebracht, welches die Getriebe- und Kupplungsfunktionen steuert und die Verbindung zum Fahrzeugführungsrechner herstellt. Die Steller im Hauptgetriebe 4 werden direkt angesteuert. Die Steller des Achsgetriebes 6 können direkt oder zum Beispiel mittels CAN-Signal und
zusätzlichem Signalumsetzer am Achsgetriebe 6 angesteuert werden.
Das Hauptgetriebe 4 ist beispielhaft als Lastschaltgetriebe mit sechs
Vorwärtsgängen und einer Doppelkupplung 18 dargestellt. Es besitzt keinen Rückwärtsgang. Die Schaltgruppe 10 ist als Planetengruppe ausgeführt, die mindestens drei Gänge liefert. Die in der Fig. 1 dargestellte Planetengruppe besitzt einen Direktgang als Schnellgang, einen langsamen Gang und einen
Rückwärtsgang. Der Direktgang und der langsame Gang bilden zusammen mit den üblichen 5 - 8 Gängen im Hauptgetriebe 10 - 1 6 Vorwärtsgänge. Die üblichen 5 - 8 Gänge im Hauptgetriebe ergeben ebenso viele Rückwärtsgänge. Der hier gezeigte Antriebsstrang verfügt über zwölf Vorwärtsgänge und sechs Rückwärtsgänge. Die exemplarisch gezeigte Schaltgruppe 10 in Form einer Planetengruppe hat bei geschaltetem Rückwärtsgang und der damit verbundenen Drehrichtungsumkehr eine größere Übersetzung als in den Vorwärtsgängen. Dies ist vorteilhaft, da so ein langsameres Rückwärtsfahren ermöglicht wird.
Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführung analog zu Fig. 1 , in der lediglich ein alternatives Hauptgetriebe 4 eingesetzt wurde. Dies zeigt, dass das beschriebene System auch für automatisierte Getriebe mit Einfachkupplung 20 anwendbar ist. Das hier gezeigte Beispiel hat im Hauptgetriebe 4 acht
Vorwärtsgänge, so dass in Kombination mit dem Achsgetriebe 6 und der
Schaltgruppe 10 insgesamt sechzehn Vorwärtsgänge und acht Rückwärtsgänge zur Verfügung stehen, wobei die Rückwärtsgänge ebenfalls erst in der Schaltgruppe 10 gebildet werden und das Hauptgetriebe 4 keine Rückwärtsgänge aufweist.
Bezuqszeichen Motor
Hauptgetriebe
Achsgetriebe
Eingangsübersetzung
Schaltgruppe
Differential
Gelenkwelle
Steuergerät
Doppelkupplung
Einfachkupplung

Claims

Patentansprüche
1 . Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für Nutzfahrzeuge, mit mehreren Getriebebaugruppen, wie mindestens einem Hauptgetriebe (4), mindestens einem Achsgetriebe (6) und mindestens einer Schaltgruppe (10), die zumindest teilweise räumlich getrennt angeordnet sind, wobei die Schaltgruppe (10) im Achsgetriebe (6) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das
Hauptgetriebe (4) lediglich Vorwärtsgänge aufweist.
2. Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 , dadurch
gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schaltgruppe (10) als Bereichsgruppe ausgeführt ist.
3. Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schaltgruppe (10) als Planetengetriebe ausgeführt ist.
4. Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schaltgruppe (10) mindestens drei Schaltmöglichkeiten aufweist, einen Direktgang, einen langsamen Gang und einen Rückwärtsgang zur Drehrichtungsumkehr.
5. Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe bei geschaltetem Rückwärtsgang eine größere Übersetzung als in einem der Vorwärtsgänge aufweist.
6. Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsstrang ein Steuergerät (16) zur Steuerung von Getriebe- und Kupplungsfunktionen und Verbindung mit einem Fahrzeugführungsrechner aufweist.
7. Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsstrang bei automatisierten Getrieben eingesetzt wird.
8. Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsstrang bei Getrieben mit Einfachkupplung (20) oder Doppelkupplung (18) zur Anwendung kommt.
9. Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsstrang zwölf Vorwärtsgänge und sechs Rückwärtsgänge aufweist.
10. Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsstrang sechzehn
Vorwärtsgänge und acht Rückwärtsgänge aufweist.
1 1 . Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs für ein Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass im mindestens einen Hauptgetriebe (4) lediglich Vorwärtsgänge erzeugt werden und in der mindestens einen Schaltgruppe (10) mindestens ein Rückwärtsgang erzeugt wird.
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